CN115592445B - 一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控机床加工相关技术领域，具体为一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，可自动定位物料和换刀的四轴加工设备包括底座、X轴滑座、Y轴滑座、Z轴滑座和旋转换刀组件，底座为矩形座体结构；通过设置由底座、X轴滑座、Y轴滑座、Z轴滑座和旋转换刀组件组合构成的四轴加工设备，并通过将旋转换刀组件设置成由一级转轴、安装盒、上盖和四个刀具座组合构成，从而通过将不同刀具安装在不同刀具座上，并通过将刀具驱动结构设置成由二级伺服电机、一级锥齿轮、二级转轴、上位锥齿轮、下位锥齿轮组合构成，并保证旋转换刀组件旋转至对应角度时，只能与单个刀具座形成传动，从而在实现自动换刀功能的同时，可以优化其整体传动结构。

Description

一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备

技术领域

本发明涉及数控机床加工相关技术领域，具体为一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备。

背景技术

加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。

市面比较常见的是三轴加工中心，其具有X/Y/Z三个线性位移轴，所谓四轴加工中心一般是加了一个旋转轴，通常称为第四轴，相应的加工中心就是四轴加工中心。

但是，现有的四轴加工设备在实际加工过程中，需要通过更换刀具来满足加工需求，而大多数的四轴加工设备需要将机器停止，然后再对刀具进行更换，更换完成后，还需要重新启动机器，导致四轴加工设备的加工效率较低，又或者四轴加工设备采用多个驱动结构对单个刀具进行驱动，从而导致四轴加工设备的尺寸较大，并且会导致生产制造成本大幅增加，为此，本发明提出一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，所述可自动定位物料和换刀的四轴加工设备包括：

底座，所述底座为矩形座体结构，且底座上固定安装有X轴导轨，且底座上通过支撑腿固定安装有安装台；

X轴滑座，所述X轴滑座滑动安装在X轴导轨上，且X轴滑座通过X轴驱动结构进行驱动，所述X轴滑座上方固定安装有一级安装板，所述一级安装板上固定安装有Y轴导轨；

Y轴滑座，所述Y轴滑座滑动安装在Y轴导轨上，且Y轴滑座上固定安装有Z轴驱动结构安装件，且Z轴驱动结构安装件通过Y轴驱动结构进行驱动；

Z轴滑座，所述Z轴滑座滑动安装在Z轴驱动结构安装件，其Z轴滑座通过Z轴驱动结构进行驱动，且Z轴滑座上固定安装有工件夹持座；

旋转换刀组件，所述旋转换刀组件转动安装在安装台上，且旋转换刀组件通过旋转驱动结构进行驱动。

优选的，所述Z轴驱动结构安装件由背板、下位安装板、上位安装板组合构成，所述下位安装板、上位安装板之间固定安装有导向杆，且下位安装板、上位安装板之间转动安装有传动丝杠，且Z轴滑座滑动安装在导向杆上，且Z轴滑座上的丝杠安装孔与传动丝杠相对应设置，且传动丝杠通过一级伺服电机进行驱动。

优选的，所述X轴驱动结构、Y轴驱动结构均为液压组件，且X轴驱动结构、Y轴驱动结构、一级伺服电机均与设备上的PLC控制模块电信号连接。

优选的，所述旋转换刀组件由一级转轴、安装盒、上盖和刀具座组合构成，所述刀具座呈十字形设置有四个，且刀具座上安装有刀具，且刀具与工件夹持座上的工件相对应，且刀具座通过刀具驱动结构进行驱动。

优选的，所述刀具驱动结构由二级伺服电机、一级锥齿轮、二级转轴、上位锥齿轮、下位锥齿轮组合构成，所述上盖上开设有一级转孔，其一级转孔之中固定安装有一级轴承，所述二级转轴固定在一级轴承的轴承内圈之中，所述上位锥齿轮、下位锥齿轮分别固定在二级转轴的上下端，所述二级伺服电机固定在上盖上，所述一级锥齿轮固定在二级伺服电机的转子上，所述一级锥齿轮与上位锥齿轮相啮合设置，所述刀具座上固定安装有二级锥齿轮，所述二级锥齿轮与下位锥齿轮相啮合设置，所述二级伺服电机与设备上的PLC控制模块电信号连接。

优选的，所述刀具座由二级转轴、刀具座本体、夹爪、紧固套和防松组件组合构成，所述二级转轴、刀具座本体之间为一体成型，所述安装盒为正八边形盒体结构，且安装盒的侧壁上开设有二级转孔，其二级转孔之中固定安装有二级轴承，所述二级转轴固定在二级轴承的轴承内圈之中，所述夹爪安装在刀具座本体上，且夹爪通过紧固套进行驱动。

优选的，所述刀具座本体上开设有扳手槽，且紧固套的前侧端一体成型有旋拧卡齿。

优选的，所述紧固套的后侧端一体成型有一级啮合齿，所述防松组件由环形座、导杆、二级啮合齿和弹性支撑件组合构成，所述环形座套设在刀具座本体上，且环形座、导杆、二级啮合齿之间为一体成型，所述弹性支撑件与环形座固定连接，所述刀具座本体上焊接连接有安装环，所述安装环上开设有导杆孔，所述导杆与导杆孔相对应设置，且导杆活动安装在导杆孔之中，所述一级啮合齿、二级啮合齿均设置有一周，且一级啮合齿、二级啮合齿之间为错位设置，且弹性支撑件处于复位状态时，一级啮合齿和二级啮合齿之间为相啮合设置。

优选的，所述弹性支撑件由外支撑体和内支撑体组合构成，所述外支撑体为梭子形框体结构，所述内支撑体为菱形框体结构，其内支撑体位于外支撑体的内腔之中进行设置，且外支撑体和内支撑体之间为一体成型，且外支撑体、内支撑体均由弹簧钢铸成。

优选的，所述安装环的侧边上一体成型有一级连接耳，所述一级连接耳上开设有螺纹孔，所述环形座的侧边上一体成型有二级连接耳，所述二级连接耳上开设有通孔，且通孔与螺纹孔相对应设置，所述通孔之中穿设安装有定位螺丝，所述定位螺丝的端部旋拧在螺纹孔之中，且定位螺丝在拧紧时，其弹性支撑件处于被压缩状态，且此时，一级啮合齿和二级啮合齿之间为相分离设置，所述一级连接耳、二级连接耳均对称设置有一组。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过设置由底座、X轴滑座、Y轴滑座、Z轴滑座和旋转换刀组件组合构成的四轴加工设备，并通过将旋转换刀组件设置成由一级转轴、安装盒、上盖和四个刀具座组合构成，从而通过将不同刀具安装在不同刀具座上，并通过将刀具驱动结构设置成由二级伺服电机、一级锥齿轮、二级转轴、上位锥齿轮、下位锥齿轮组合构成，并保证旋转换刀组件旋转至对应角度时，只能与单个刀具座形成传动，从而在实现自动换刀功能的同时，可以优化其整体传动结构；

2.并通过将刀具座设置成由二级转轴、刀具座本体、夹爪、紧固套和防松组件组合构成，并将防松组件设置成由环形座、导杆、二级啮合齿和弹性支撑件组合构成，并在紧固套的后侧端设置一级啮合齿，从而通过弹性支撑件的支撑作用，以让一级啮合齿与二级啮合齿之间形成啮合定位作用，从而避免设备在运行时所产生的机械振动导致紧固套出现松动现象，从而有效保证刀具的安装稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明旋转换刀组件半剖视图；

图3为图2中A处结构放大示意图；

图4为本发明刀具座安装位置示意图；

图5为本发明刀具座结构示意图；

图6为本发明刀具座本体结构示意图；

图7为本发明防松组件结构示意图。

图中：底座1、X轴滑座2、Y轴滑座3、Z轴滑座4、旋转换刀组件5、工件夹持座6、工件7、导轨8、一级安装板9、Y轴导轨10、Z轴驱动结构安装件11、支撑腿12、安装台13、一级转轴14、安装盒15、上盖16、刀具座17、刀具18、二级锥齿轮19、二级伺服电机20、一级锥齿轮21、二级转轴22、上位锥齿轮23、下位锥齿轮24、一级轴承25、二级轴承26、二级转轴27、刀具座本体28、夹爪29、紧固套30、防松组件31、扳手槽32、旋拧卡齿33、一级啮合齿34、安装环35、一级连接耳36、环形座37、导杆38、二级啮合齿39、弹性支撑件40、二级连接耳41、导杆孔42、螺纹孔43、外支撑体44、内支撑体45、定位螺丝46。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。

请参阅图1-7，本发明提供以下三种优选方案的实施例：

实施例一

一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，可自动定位物料和换刀的四轴加工设备包括底座1、X轴滑座2、Y轴滑座3、Z轴滑座4和旋转换刀组件5，底座1为矩形座体结构，且底座1上固定安装有X轴导轨8，且底座1上通过支撑腿12固定安装有安装台13，X轴滑座2滑动安装在X轴导轨8上，且X轴滑座2通过X轴驱动结构进行驱动，X轴滑座2上方固定安装有一级安装板9，一级安装板9上固定安装有Y轴导轨10，Y轴滑座3滑动安装在Y轴导轨10上，且Y轴滑座3上固定安装有Z轴驱动结构安装件11，且Z轴驱动结构安装件11通过Y轴驱动结构进行驱动，Z轴滑座4滑动安装在Z轴驱动结构安装件11，其Z轴滑座4通过Z轴驱动结构进行驱动，且Z轴滑座4上固定安装有工件夹持座6，旋转换刀组件5转动安装在安装台13上，且旋转换刀组件5通过旋转驱动结构进行驱动。

Z轴驱动结构安装件11由背板、下位安装板、上位安装板组合构成，下位安装板、上位安装板之间固定安装有导向杆，且下位安装板、上位安装板之间转动安装有传动丝杠，且Z轴滑座4滑动安装在导向杆上，且Z轴滑座4上的丝杠安装孔与传动丝杠相对应设置，且传动丝杠通过一级伺服电机进行驱动。

X轴驱动结构、Y轴驱动结构均为液压组件，且X轴驱动结构、Y轴驱动结构、一级伺服电机均与设备上的PLC控制模块电信号连接。

旋转换刀组件5由一级转轴14、安装盒15、上盖16和刀具座17组合构成，刀具座17呈十字形设置有四个，且刀具座17上安装有刀具18，且刀具18与工件夹持座6上的工件7相对应，且刀具座17通过刀具驱动结构进行驱动。

刀具驱动结构由二级伺服电机20、一级锥齿轮21、二级转轴22、上位锥齿轮23、下位锥齿轮24组合构成，上盖16上开设有一级转孔，其一级转孔之中固定安装有一级轴承25，二级转轴22固定在一级轴承25的轴承内圈之中，上位锥齿轮23、下位锥齿轮24分别固定在二级转轴22的上下端，二级伺服电机20固定在上盖16上，一级锥齿轮21固定在二级伺服电机20的转子上，一级锥齿轮21与上位锥齿轮23相啮合设置，刀具座17上固定安装有二级锥齿轮19，二级锥齿轮19与下位锥齿轮24相啮合设置，二级伺服电机20与设备上的PLC控制模块电信号连接，通过设置由底座1、X轴滑座2、Y轴滑座3、Z轴滑座4和旋转换刀组件5组合构成的四轴加工设备，并通过将旋转换刀组件5设置成由一级转轴14、安装盒15、上盖16和四个刀具座17组合构成，从而通过将不同刀具安装在不同刀具座17上，并通过将刀具驱动结构设置成由二级伺服电机20、一级锥齿轮21、二级转轴22、上位锥齿轮23、下位锥齿轮24组合构成，并保证旋转换刀组件5旋转至对应角度时，只能与单个刀具座17形成传动，从而在实现自动换刀功能的同时，可以优化其整体传动结构。

实施例二

在实施例一的基础上，刀具座17由二级转轴27、刀具座本体28、夹爪29、紧固套30和防松组件31组合构成，二级转轴27、刀具座本体28之间为一体成型，安装盒15为正八边形盒体结构，且安装盒15的侧壁上开设有二级转孔，其二级转孔之中固定安装有二级轴承26，二级转轴27固定在二级轴承26的轴承内圈之中，夹爪29安装在刀具座本体28上，且夹爪29通过紧固套30进行驱动，刀具座本体28上开设有扳手槽32，且紧固套30的前侧端一体成型有旋拧卡齿33。

紧固套30的后侧端一体成型有一级啮合齿34，防松组件31由环形座37、导杆38、二级啮合齿39和弹性支撑件40组合构成，环形座37套设在刀具座本体28上，且环形座37、导杆38、二级啮合齿39之间为一体成型，弹性支撑件40与环形座37固定连接，刀具座本体28上焊接连接有安装环35，安装环35上开设有导杆孔42，导杆38与导杆孔42相对应设置，且导杆38活动安装在导杆孔42之中，一级啮合齿34、二级啮合齿39均设置有一周，且一级啮合齿34、二级啮合齿39之间为错位设置，且弹性支撑件40处于复位状态时，一级啮合齿34和二级啮合齿39之间为相啮合设置，通过将刀具座17设置成由二级转轴27、刀具座本体28、夹爪29、紧固套30和防松组件31组合构成，并将防松组件31设置成由环形座37、导杆38、二级啮合齿39和弹性支撑件40组合构成，并在紧固套30的后侧端设置一级啮合齿34，从而通过弹性支撑件40的支撑作用，以让一级啮合齿34与二级啮合齿39之间形成啮合定位作用，从而避免设备在运行时所产生的机械振动导致紧固套30出现松动现象，从而有效保证刀具18的安装稳定性。

实施例三

在实施例二的基础上，弹性支撑件40由外支撑体44和内支撑体45组合构成，外支撑体44为梭子形框体结构，内支撑体45为菱形框体结构，其内支撑体45位于外支撑体44的内腔之中进行设置，且外支撑体44和内支撑体45之间为一体成型，且外支撑体44、内支撑体45均由弹簧钢铸成，通过梭子形框体结构的外支撑体44和菱形框体结构的内支撑体45组合使用，并通过外支撑体44和内支撑体45之间组合形成多个三角形框体结构，从而让外支撑体44和内支撑体45的各个侧边之间可以互相受力，从而有效提高弹性支撑件40的整体弹性支撑效果，从而保证一级啮合齿34与二级啮合齿39之间的啮合稳定性。

实施例四

在实施例三的基础上，安装环35的侧边上一体成型有一级连接耳36，一级连接耳36上开设有螺纹孔43，环形座37的侧边上一体成型有二级连接耳41，二级连接耳41上开设有通孔，且通孔与螺纹孔43相对应设置，通孔之中穿设安装有定位螺丝46，定位螺丝46的端部旋拧在螺纹孔43之中，且定位螺丝46在拧紧时，其弹性支撑件40处于被压缩状态，且此时，一级啮合齿34和二级啮合齿39之间为相分离设置，一级连接耳36、二级连接耳41均对称设置有一组，通过定位螺丝46的旋拧，从而让一级啮合齿34与二级啮合齿39之间可以进行分离，从而提高其结构的整体拆装便利性。

尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，其特征在于：所述可自动定位物料和换刀的四轴加工设备包括：

底座（1），所述底座（1）为矩形座体结构，且底座（1）上固定安装有X轴导轨（8），且底座（1）上通过支撑腿（12）固定安装有安装台（13）；

X轴滑座（2），所述X轴滑座（2）滑动安装在X轴导轨（8）上，且X轴滑座（2）通过X轴驱动结构进行驱动，所述X轴滑座（2）上方固定安装有一级安装板（9），所述一级安装板（9）上固定安装有Y轴导轨（10）；

Y轴滑座（3），所述Y轴滑座（3）滑动安装在Y轴导轨（10）上，且Y轴滑座（3）上固定安装有Z轴驱动结构安装件（11），且Z轴驱动结构安装件（11）通过Y轴驱动结构进行驱动；

Z轴滑座（4），所述Z轴滑座（4）滑动安装在Z轴驱动结构安装件（11），其Z轴滑座（4）通过Z轴驱动结构进行驱动，且Z轴滑座（4）上固定安装有工件夹持座（6）；

旋转换刀组件（5），所述旋转换刀组件（5）转动安装在安装台（13）上，且旋转换刀组件（5）通过旋转驱动结构进行驱动；

所述旋转换刀组件（5）由一级转轴（14）、安装盒（15）、上盖（16）和刀具座（17）组合构成，所述刀具座（17）呈十字形设置有四个，且刀具座（17）上安装有刀具（18），且刀具（18）与工件夹持座（6）上的工件（7）相对应，且刀具座（17）通过刀具驱动结构进行驱动，所述刀具驱动结构由二级伺服电机（20）、一级锥齿轮（21）、二级转轴（22）、上位锥齿轮（23）、下位锥齿轮（24）组合构成，所述上盖（16）上开设有一级转孔，其一级转孔之中固定安装有一级轴承（25），所述二级转轴（22）固定在一级轴承（25）的轴承内圈之中，所述上位锥齿轮（23）、下位锥齿轮（24）分别固定在二级转轴（22）的上下端，所述二级伺服电机（20）固定在上盖（16）上，所述一级锥齿轮（21）固定在二级伺服电机（20）的转子上，所述一级锥齿轮（21）与上位锥齿轮（23）相啮合设置，所述刀具座（17）上固定安装有二级锥齿轮（19），所述二级锥齿轮（19）与下位锥齿轮（24）相啮合设置，所述二级伺服电机（20）与设备上的PLC控制模块电信号连接，所述刀具座（17）由二级转轴（27）、刀具座本体（28）、夹爪（29）、紧固套（30）和防松组件（31）组合构成，所述二级转轴（27）、刀具座本体（28）之间为一体成型，所述安装盒（15）为正八边形盒体结构，且安装盒（15）的侧壁上开设有二级转孔，其二级转孔之中固定安装有二级轴承（26），所述二级转轴（27）固定在二级轴承（26）的轴承内圈之中，所述夹爪（29）安装在刀具座本体（28）上，且夹爪（29）通过紧固套（30）进行驱动，所述刀具座本体（28）上开设有扳手槽（32），且紧固套（30）的前侧端一体成型有旋拧卡齿（33），所述紧固套（30）的后侧端一体成型有一级啮合齿（34），所述防松组件（31）由环形座（37）、导杆（38）、二级啮合齿（39）和弹性支撑件（40）组合构成，所述环形座（37）套设在刀具座本体（28）上，且环形座（37）、导杆（38）、二级啮合齿（39）之间为一体成型，所述弹性支撑件（40）与环形座（37）固定连接，所述刀具座本体（28）上焊接连接有安装环（35），所述安装环（35）上开设有导杆孔（42），所述导杆（38）与导杆孔（42）相对应设置，且导杆（38）活动安装在导杆孔（42）之中，所述一级啮合齿（34）、二级啮合齿（39）均设置有一周，且一级啮合齿（34）、二级啮合齿（39）之间为错位设置，且弹性支撑件（40）处于复位状态时，一级啮合齿（34）和二级啮合齿（39）之间为相啮合设置，所述弹性支撑件（40）由外支撑体（44）和内支撑体（45）组合构成，所述外支撑体（44）为梭子形框体结构，所述内支撑体（45）为菱形框体结构，其内支撑体（45）位于外支撑体（44）的内腔之中进行设置，且外支撑体（44）和内支撑体（45）之间为一体成型，且外支撑体（44）、内支撑体（45）均由弹簧钢铸成。

2.根据权利要求1所述的一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，其特征在于：所述Z轴驱动结构安装件（11）由背板、下位安装板、上位安装板组合构成，所述下位安装板、上位安装板之间固定安装有导向杆，且下位安装板、上位安装板之间转动安装有传动丝杠，且Z轴滑座（4）滑动安装在导向杆上，且Z轴滑座（4）上的丝杠安装孔与传动丝杠相对应设置，且传动丝杠通过一级伺服电机进行驱动。

3.根据权利要求2所述的一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，其特征在于：所述X轴驱动结构、Y轴驱动结构均为液压组件，且X轴驱动结构、Y轴驱动结构、一级伺服电机均与设备上的PLC控制模块电信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种可自动定位物料和换刀的四轴加工设备，其特征在于：所述安装环（35）的侧边上一体成型有一级连接耳（36），所述一级连接耳（36）上开设有螺纹孔（43），所述环形座（37）的侧边上一体成型有二级连接耳（41），所述二级连接耳（41）上开设有通孔，且通孔与螺纹孔（43）相对应设置，所述通孔之中穿设安装有定位螺丝（46），所述定位螺丝（46）的端部旋拧在螺纹孔（43）之中，且定位螺丝（46）在拧紧时，其弹性支撑件（40）处于被压缩状态，且此时，一级啮合齿（34）和二级啮合齿（39）之间为相分离设置，所述一级连接耳（36）、二级连接耳（41）均对称设置有一组。

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